Mein erster Bot

[StefNw]

Hallo Leute,

Roboter faszinieren mich schon mein ganzes Leben. Dachte aber immer das diese außerhalb dessen liegen, was man so zuhause in seinem Hobbykeller verwirklichen kann. Dann bin ich eher zufällig auf Roboternetz.de gestoßen. Seit Wochen grase ich nun hier die Artikel ab und stöber im Forum herum. Danke Roboternetz, bzw den vielen hilfsbereiten Usern hier, bin ich zu dem Entschluss gekommen das es vielleicht doch möglich wär mich selber daran zu versuchen! Nun brennt es mir dermaßen unter den Nägeln meinen eigenen Bot zu bauen das ich am liebsten sofort loslegen möchte. Aber genau darin besteht auch schon meine erste Hürde. Habe vor ca. 6 Jahren mein TG Abschluss gemacht, und kenn von damals her noch den ein oder anderen Begriff aus der Elektrotechnik. Mit programmieren hab ich bereits als kleiner Knirbs begonnen und sehe da eigentlich die geringsten Probleme.
Mir fällts jetzt eben nur schwer wo ich wie anfangen. Nenn euch jetzt erstmal meine Eckdaten:

Ausgedacht hab ich mir ein utopisches Riesenprojekt. Da ich aber schon aus vielen Beiträgen hier weiß das man sich Schritt für Schritt rantasten sollte hab ich mir vorgenommen erstmal einen kleinen 0815 Bot zu bauen um darin zu wachsen.

Er soll aus 2 Rädern bestehen (Schrittmotoren) und einem dritten beweglichen zur Stütze.
Er soll einen Sensor (vielleicht auch mehrere) bekommen und sich so autonom im "Raum" bewegen können ohne (groß) anzuecken.
Er soll einen Servo bekommen womit eine art Schaufel bewegt werden kann.
Im zweiten Schritt soll er dann irgendwelche Daten (zb Position, Akkustatus oÄ) per Funk zum PC übertragen.

Ich denke das dies ein einigermaßen guter Einstieg in die Robotik ist, da das Ergebnis recht nett ist, und der Aufwand (Zeit, Arbeit, Geld) dafür in relativ gutem Verhältnis steht. Wollt von allem ein bisschen was drin haben. Was meint ihr?

Mein eigenltiches Problem ist jetzt das ich mir nicht sicher bin ob ich an alles gedacht hab um loslegen zu können.
Daher hier mal eine kleine Liste:

1x Chassi (Eigenbau)
2x Reifen (möglichs aus Gummi)
1x Stüzrad
2x Schrittmotoren
Ich habe eben noch diesen Twin-Getriebemotor bei Robotikhardware.de entdeckt ( http://www.shop.robotikhardware.de/s...products_id=92 )
Dabei handelt es sich aber wohl nicht um einen Schrittmotor?! In wiefern steuert man solche Motoren dann und was haltet Ihr von dem Ding?

2x Getriebe (Zahnradübersetzung)
1x Akku (9V ?)
1x Controller (RN-Control 1.4 Mega32/RN-Mega128Funk)
1x Controller-Kabel (RS232 PC-Anschlusskabel)
1x Infrarot-Sensor
Software


Wär es dann möglich, mit ein bisschen Lötzinn, Kabeln und Schrauben das mein Bot sich bewegt, oder hab ich was elementares vergessen?

Dann hätte ich noch folgende Fragen:
- Das ControlerBoard würd ich gern über Robotikhardware beziehen. Macht es dann Sinn gleich das teurere FunkBoard zu kaufen (da ich ja irgendwann Daten übermitteln will), was ja auch noch selbst zusammengebaut werden müsste, oder sollte ich erst mit dem Standart loslegen? Ich denk die Fehlerquote ist nochmals um einiges höher wenn ich das Controllerboard selbst zusammentüfeln muss, und Fehler qerden sich vorerst mal noch genung einschleichen, oder?!

- Kann ich mit dem RN-Control 1.4 Mega32 problemlos die beiden Motoren betreiben? Oder wozu gibts so zahlreiche Motor-Ansteuerungs-Boards zu kaufen?!

- Wie hoch sind denn ca. die maximale Umdrehungen pro Minute bei Schrittmotoren (gibts da Durchschnittswerte)? Und in wie fern bekommt man Probleme beim Zusammenspiel von Schrittmotorn und Getriebeübersetzungen bezüglich dem Auslassen von Schritten???

- Zum Akku: Wie lade ich den am Besten? Hab an das http://www.shop.robotikhardware.de/s...roducts_id=119 gedacht. Brauch ich da ein extra Ladegerät?

- Eine Frage zum Drehmoment:
Wenn ich einen Reifendurchmesser von 5cm habe und die zu tragende Last 1Kg beträgt, stimmt dann folgendes:
1Kg verteilt auf 2 Räder = 5N;
M = 5N * 2.5cm = 12.5Ncm;
Heisst das jetzt das jeder der beiden Schrittmotor MINDESTENS ein Drehmoment von 12.5Ncm haben müssen um den Bot FLÜSSIG nach forne zu bewegen?

So kaum zu glauben, aber das wärs vorerst auch schonmal! Ich weiß das war jetzt ordentlich Text und es ist viel verlangt alles zu beantworten. Trotzdem freu mich jetzt schon auf eure Tipps und Meinungen!
Grüße
Stefan

[Andun]

Hi

Wow. Was ein Text mit gut ausgeklügelten Fragen. Der ist mir ja schon fast zu gut. Da was man ja gar nicht, welche Frage man als erstes beantwortet soll. (Oder wozu man als erstes seinen Senf abgibt)
Ich versuchs mal:

Zu den Motoren: Ich habe mit "normalen" Motoren angefangen, da diese einfach nur Strom brauchen und dann laufen die los. Über PWM lässt sich dann die Geschwindigkeit beeinflußen. Diese zu messen ist aber nicht so einfach ohne weitere Sensoren möglich.

Bei den Schrittmotoren ist die Ansteuerung komplizierter aber du kannst halt sofort sagen, bitte einmal drehen. Das ganze ist natürlich sehr viel genauer, aber aufwendiger. Ich fands am Anfang einfacher "normale" Motoren zu nehmen.

Du brauchst zum Betrieb der Motoren immer einen Treiberstufe, oder auch einfach Treiber genannt. Deswegen gibts dafür auch so einige Platinen.

Zu den weitern Teilen die du noch brauchst: Ich hab auch so angefangen. Du wirst schnell feststellen, dass dann eh wieder was fehlt und dann bestellst du nochmal. Und dann fehlt wieder was, und - achja - das (...) wolltest du ja auch noch haben. Also um Portokosten wird man nicht soo einfach herum kommen leider. ...

So, ich hoffe wenigstens ein bisschen Unklarheit beseitigen zu können mit diesen verschachtelten Sätzen.

mfg
Andun

[oberallgeier]

Hei, Stefan,

- Eine Frage zum Drehmoment:
Wenn ich einen Reifendurchmesser von 5cm habe und die zu tragende Last 1Kg beträgt, stimmt dann folgendes:
1Kg verteilt auf 2 Räder = 5N;
M = 5N * 2.5cm = 12.5Ncm;
Heisst das jetzt das jeder der beiden Schrittmotor MINDESTENS ein Drehmoment von 12.5Ncm haben müssen um den Bot FLÜSSIG nach forne zu bewegen?

Also Andun hatte ja schon (aus Erfahrung) das Meiste beantwortet. Zum Momentenbedarf will ich was sagen.

Das erforderliche (Dreh-)Moment für die Fortbewegung ist im Ebenen, also ohne Teppichkanten und so, nur von der Reibung und der Beschleunigung abhängig. Reibung hast Du in den Lagern, als Rollreibung der Räder am Boden und als Luftwiderstand. Und im "Schaufelbetrieb" noch als Widerstand den die Schaufel erzeugt - keine Ahnung was Du da schaufeln willst. UND ! ! ! beim Anfahren natürlich noch die Beschleunigung. Wenn Du mit 1 m/s^^2 (also mit 0,1 g) beschleunigst, dann muss der Motor das auch noch aufbringen. Also meine Familienkutsche beschleunigt wohl auch nicht viel mehr, blos mein Bike kriegt schon das eine g hin (10 m/s^^2 - wie ein sehr guter Sportwagen - von 0 auf 100 in hauchdünn über 3 sec).

Wenn Du unter 30 kmh bleibst, wird der Luftwiderstand total vernachlässigbar sein. Die Reibung in den Lagern kannst Du gering halten - die vernachlässigen wir auch mal. Bleibt übrig die Rollreibung. Ich würde mit Rücksicht auf Florteppich, Grasnarbe, kleinere Steinchen und so die Reibung mit 0,1 ansetzen - das heisst, Du brauchst (nur) etwa ein Zehntel der Gewichtslast mit dem Drehmoment zu überwinden. WENN es nicht aufwärts geht - dann kommt die Schräge der Steigung dazu (Winkelfunktion - es kommt dann zur eben genannten Reibung die Kraftkomponente der Steigung dazu - oder wenns abwärts geht eben weg). Ein (bisschen oder mehr) an Zuviel kann wohl nix schaden.

Da Du die restliche Rechnung ja ziemlich gut vorgestellt hast, muss ich wohl nix mehr erklären.

[StefNw]

Vielen Dank für die schnelle Antworten!
Ja, wie gesagt, ich bin hier lang als Gast unterwegs gewesen... Da hatte ich Zeit zum überlegen! Viel Zeit! Außerdem wollte ich nicht ein 0815-Post abgeben alla: ich bin neu, hab keine ahnung, sagt mir was ich zu tun hab! Wenn du verstehst was ich meine...

Treiber heisst für mich: Schnittstelle zwischen Soft und Hardware. Soweit richtig? Die Hardware ist doch aber in dem Fall nur der Motor der direkt ans RN-Control Board geklemmt wird. Das heisst das die Programmierung dann als Treiber bezeichnet wird? Sorry, hab da noch echt Probleme mit der Begrifflichkeit!

Denke dann mal das ich auch mit "normalen" Motoren beginnen werde. Einfach um die Motivation aufrecht zu erhalten! Denn wenn ich schon an der Steuerung für die Schrittmotoren scheitere dann...
Obwohl ich meine während der Schule dieses Thema behandelt zu haben... Mal aufm Dachboden krusteln...

Hab mir fast gedacht das ich die hälfte vergessen werde, bei meinen Teilen. Ums nachbestellen werd ich wohl echt nicht rum kommen. Aber um nochmal genau zu fragen: kann ich mit den oben genannten Teilen was zusammenbauen was sich auch bewegt?

@oberallgeier: danke für die ausführliche auskunft! bin nur erstaunt darüber das unterm stricht nur 1/10 benötigt wird! aber klingt alles logisch!

Danke nochmals!
Stefan

[Foooob]

Wow, wirklich ein guter Text

Mit den RN-Boards kann ich dir leider nicht helfen.
Ich habe selbst nur die Minimotoransteuerung und das RN-Funk.

Beide sind übrigens sehr zu empfehlen.
Wenn du RN-Funk kaufst würde ich mich für die 868MHz entscheiden.
868MHz hat zwar aufgrund der höheren Frequenz eine geringere Reichweite (die trotzdem noch bei ca. 200m liegt), das ganze Frequenzband ist aber nicht so verseucht wie das vom 433er Band.

Noch ein Tipp zum Chassis:
Ich hab mir auch mal so ein Ding bauen wollen und bin krass gescheitert. Hier meine Erfahrungen damits dir nicht genauso ergeht:

Du musst bei so einem Chassis wenn du dir das selbst machst sehr präzise arbeiten, schon ein kleiner Versatz der Motoren hat zur Folge dass das ganze Ding schief fährt.

Das Stützrad könnte dir je nach Form und Material Probleme machen. Wenn der Bot nicht sonderlich schwer wird beeinflusst das Stützrad die Fahrtrichtung des Roboters. Stell dir vor du fährst gerade aus. Nun machst du eine kurze Drehung um 30° und fährst wieder gerade aus. Das Stützrad lenkt nach und deine Drehung geht weit über 30° hinaus weil das Rad ja weiter eingeschlagen bleibt. Wer sagt ihm, dass es sich sofort, wie die Antriebsmotoren zu drehen hat?

Ich hab dann letztendlich mit ´ner Stützkugel gearbeitet und das Problem war dann gegessen.

[HannoHupmann]

@StefNw ein einfach Roboter ist nicht so kompliziert und daher auch keine so grosse Hürde, nur empfiehlt es sich eben für Anfänger genau dort einzusteigen.

Motoren kann man entweder mittel PWM ansteuern oder man baut sich einen Regler PID, PD, PI. Letzteres setzt Kenntnisse in Regelungstechnik voraus, führt aber zu einem sauberen Fahrverhalten. Für deine Zwecke sollte aber PWM reichen und ich behaupte 90% aller User hier machen es genauso.

Wenn du eh gerade ganz neu anfängst, würde ich mir an deiner Stelle fast überlegen gleich mit LiPo Akkus einzusteigen. Diese sind sehr viel leichter als "normale" Akkus und weniger mit MemoryEffekt behaftet wie NiCa o.ä. Einzig der hohe Preis spricht dagegen. Auch muss man ein klein wenig vorsichtiger mit den Dingern sein als mit anderen Akkus (Unterspannung, Ladeverhalten etc). Es lohnt sich aber auf jedenfall sich über Lipos zu informieren.

[StefNw]

Morgen,
vielen Dank für die Antworten!
Den Ratschlag mit 868Mhz Funkmodul werd ich beherzigen, 200m sollten mir mehr als genügen! Allerdings bin ich mir noch nicht sicher ob ich erst das Board ohne Funk hole, da ich dies ja noch selbst zusammenbauen müsste... hmm...

Wenn ich ehrlich bin hab ich mir den bau des Chassis total unproblematisch vorgestellt! Aber das mit den Abweichungen stimmt natürlich, genauso wie das Nachziehen eines Stüzrades... So weit hab ich echt nicht gedacht... Werd mich mal auf die Suche machen nach einem Stützkugel! Hab das zwar hier und da schon bei manchen Bots gesehen, dachte aber immer das es dabei nur um die Ästhetik ging

Wenn sich 90% der User hier auf die PWM verlassen werd ich das wohl auch tun! In dem Zusammenhang werd ich mir dann wohl den Motor/Getriebesatz kaufen ( http://www.shop.robotikhardware.de/s...products_id=92 ) (Sorry, hatte oben den falschen Link für die TwinMotoren), dann sollte auch das Problem mit dem ungenauen Chassis wegfallen! Mit einer Regelungstechnik wollte ich mich (zumindest vorerst mal) nicht auseinander setzten wollen müssen!

Muss sagen das mich die Preise für die LiPos grad eben doch ganz schön abgeschreckt haben! Gibts da einen "Standard" der zu empfehlen wäre?
Eigentlich hatte ich (später) vor das der Bot selbständig zur Ladestation fährt und sich aufläd... Eventuell spielt das schon ne große Rolle?!

Gruß
Stefan

[Foooob]

Der Einsatz der Akkus hängt auch vom Gewicht ab. Wenn dein Roboter das ein oder andere Kilo locker vom Fleck bewegen kann sind Bleigelakkus sehr zu empfehlen, ich bin zumindest ein Fan davon

Die Dinger sind zwar im Vgl. zu anderen sehr schwer aber in Sachen Kapazität, Preis und Größe sind sie top! Nirgends bekommst du soviel Kapazität für so wenig Geld. Wie gesagt, nur mit dem Gewicht muss man leben können.

Die Teile sind natürlich auch hochstromfest und brechen dir bei impulsartiger Belastung kaum ein.

Über eine Ladestation kannst du die Akkus alle laden. Haben halt alle verschiedene Ladeschaltungen und je nach Kapazität und Typ dauert das auch länger. Aber ich würd mal behaupten mit ´nem 4,3Ah Bleiakku bei ´nem geschätzten Durchschnittsstromverbrauch von 2A kannst dir die Ladestation schon fast schenken

[Murdoc_mm]

Hi,

Treiber heisst für mich: Schnittstelle zwischen Soft und Hardware. Soweit richtig? Die Hardware ist doch aber in dem Fall nur der Motor der direkt ans RN-Control Board geklemmt wird. Das heisst das die Programmierung dann als Treiber bezeichnet wird? Sorry, hab da noch echt Probleme mit der Begrifflichkeit!

Denke dann mal das ich auch mit "normalen" Motoren beginnen werde.

ich bin auch noch relativ neu und versuch mal zu erklären was aus meiner Sicht ein Treiber ist.
Also was du brauchst oder meinst ist ein Motortreiber (z.B. L293D). Dieser stellt eine Verbindung zwischen der 5V Spannung des yC und der Motorspannung dar. Der Treiber hat erstmal nichts mit Software zu tun. Motortreiber ist allerdings nur der am meisten gebrauchte Begriff dafür weil die meisten User diesen Treiber für Motoransteuerung nutzen. Du kannst damit auch alles andere was etwas mehr Strom brauch an- oder abschalten (z.B. Glühlampen wie in RN-Control Doku seite 26).
Warum diese Verbindung? Da gibt es zwei Gründe. Erstens darf man 5V und z.B. 12V (das ist ne übliche Motorspannung) nicht einfach so miteinander verbinden. Das ist dir glaube ich auch klar. Und zweitens hat z. B. der Mega32 eine Strombegrenzung (40 mA wenn mich nicht alles täuscht; auf jeden Fall zu wenig). Ein kleiner Motor zieht im Leerlauf schon mal 150 mA und im Lastzustand 500 mA (nagel mich bitte nicht auf die Werte fest). Wenn du deinen yC mit 500 mA belastest kannst du zusehen wie er dir wegfließt oder sich in Rauch auflöst.
Der Treiber trennt also deine Signale von der Leistung ab und ist vereinfacht wie ein Relais zu behandeln, nur eben sehr viel schneller und mit weniger verbrauch im Signalzweig (5V zweig).

Auf der RN-Control ist schon ein L293D drauf. Wenn du eine RN-Control besitzt (was ich dir als Anfänger empfehlen würde) kannst du direkt ohne weitere Bauteile (außer Kabel natürlich ) zwei Getriebemotoren oder einen Schrittmotor betreiben. Am Anfang ist Getriebemotoren und PWM die beste Lösung. Ist erstmal einfach und als Anfänger brauchst du dir noch keine großen Sorgen machen ob dein Bot 100%tig gerade fährt oder nicht. Ich war froh als ich die ersten Strecken und Ausweichmanöver hinbekommen hab und da war schon ne weile Zeit vergangen. Und nachbestellen muss man immer irgendwas.

Der restliche Plan sieht gut aus. Nur Funk kannste ruhig noch etwas liegen lassen. \/

Gruß Murdoc_mm